JP3676971B2

JP3676971B2 - ウェーハ保持装置

Info

Publication number: JP3676971B2
Application number: JP2000361656A
Authority: JP
Inventors: 省三片町
Original assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Current assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority date: 2000-11-28
Filing date: 2000-11-28
Publication date: 2005-07-27
Anticipated expiration: 2020-11-28
Also published as: JP2002164424A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、装置本体の上面に取り付けられた吸着テーブル上にウェーハを吸着、保持するウェーハ保持装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体の中間製品を検査するために使用されるウェーハプロファイラ（ウェーハ表面形状測定機）や膜厚測定機は、検査又は測定を行う際にウェーハを保持するために吸着テーブルすなわちチャックテーブルを含むウェーハ保持装置を備えており、この吸着テーブルを通してウェーハを負圧吸引することによって吸着テーブル上にウェーハを吸着、保持している。
【０００３】
これらウェーハプロファイラや膜厚測定機においては、吸着テーブル上に保持されるウェーハの表面に対して非常に高い平坦度が要求される。ところが、吸着テーブルの表面にはウェーハに負圧を作用させるためにエアポケットを設ける必要があり、吸着テーブル上にウェーハを吸着した際にそのエアポケットに対応するウェーハの部分が凹みやすく、ウェーハの平坦度に悪影響を与え得る。そこで、吸着テーブル全体にできる限り均一にエアポケットを配置するために、非常に多くのピン上にウェーハを保持してこれに負圧を作用させるピンチャックタイプの吸着テーブルを用いることが多い。
【０００４】
なお、本願において使用する用語「平坦度」はウェーハ保持の際にウェーハ表面に与える２次的な要因による形状変化の度合いを意味する。すなわち、保持されるウェーハの平坦度が高いとはウェーハが実際に有する表面形状をより正確に測定し得る状態でウェーハが保持されていることを意味する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなウェーハ保持装置では、装置本体と吸着テーブルが別体で形成されて、ボルトなどの締結具により装置本体に装着、固定されている。このため、吸着テーブルの表面には、例えばボルトにより吸着テーブルを装置本体に固定するためにボルト穴を設ける必要がある。この結果、ボルト穴の部分にはピンを配置することができず、この部分ではその上に吸着、保持されるウェーハが凹みやすくなるという問題が生じる。
【０００６】
また、吸着テーブルの表面すなわちピンの先端には、使用に伴ってウェーハからの塵埃等が堆積していく。したがって、ウェーハの保持に対して高い平坦度が要求されるウェーハプロファイラや膜厚測定機では、洗浄やパーツ交換のために、取り付けられている吸着テーブルを交換することが必要となってくる。
ところが、前述したように、ボルトなどの締結具により装置本体に固定していると、ボルトの取り外しなどで交換作業に長い時間を要するという問題が生じる。さらに、吸着テーブルの交換後に締結具で装置本体に固定する際に、締結具の締め付けの微妙な強さでチャック面（吸着面）の水平度が崩れやすく、その調整にはさらに多大な時間を要するという問題も抱えている。
【０００７】
よって、本発明の目的は、上記問題を解消して、吸着テーブル上に保持されるウェーハの平坦度を向上させると共に、吸着テーブルの交換作業を容易に行え且つチャック面を容易に水平にすることができるウェーハ保持装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的に鑑み、ボルトなどの締結具を使用せずに吸着テーブルを装置本体に装着できるように構成されている。
すなわち、本発明によれば、装置本体の上面に取り付けられた吸着テーブル上にウェーハを吸着、保持するウェーハ保持装置であって、前記吸着テーブルを前記装置本体に着脱自在に取り付けるための締付手段を備え、該締付手段が上下方向に移動可能なクランパを備え、前記吸着テーブルの下面に設けた爪を前記装置本体上に形成された爪支承部と該爪支承部から上方に間隔を隔てたクランパ先端部との間に挿入して前記クランパを下降させることにより前記爪を前記爪支承部上に押し付けるようにしたウェーハ保持装置が提供される。
【０００９】
上記ウェーハ保持装置においては、前記締付手段が前記クランパを下方に付勢するためのばねを備え、前記爪がばね力のみによって前記爪支承部上に押し付けられることが好ましい。さらに好ましくは、前記締付手段が前記ばね力に抗して前記クランパを上昇させるためのシリンダ装置をさらに備える。
また、前記爪が前記吸着テーブルの回転軸線を中心として等間隔で前記吸着テーブルの下面に３つ設けられることが好ましい。
【００１０】
さらに、前記締付手段が負圧吸引口を備えた上方突出先端部を備え、前記吸着テーブルが前記装置本体に取り付けられたときに、前記吸着テーブルの負圧吸引通路が前記負圧吸引口に自動的に接続されるようになっていることが好ましい。装置本体上に形成された爪支承部とそれと離隔して設けられたクランパとの間で吸着テーブルの下面に設けられた爪を挟持することにより装置本体に吸着テーブルを装着するので、吸着テーブルを装置本体に固定するためのボルトなどの締結具は不要となる。したがって、吸着テーブル上にボルト穴などを設ける必要もなくなり、吸着テーブル上に保持されるウェーハにより均一に負圧を作用させることが可能となって、ウェーハの平坦度を向上させることができる。
【００１１】
また、爪を爪支承部とクランパとの間に配置してクランパを下降させることのみで吸着テーブルを装置本体に装着できるので、交換作業は非常に容易となる。さらに、吸着テーブル（特にそのチャック面）の水平度及び垂直方向位置は装置本体上の爪支承部により定めることができ、しかも締付手段によりクランパに作用する締付力は各爪に対して均等に作用するので容易に吸着テーブルのチャック面を水平に配置することができる。
【００１２】
締付手段による締付力をばねにより実現すれば、締付力の再現性が高まり吸着テーブルの交換前後で概略同一の状態（チャック面の垂直方向の位置など）に吸着テーブルを装置本体に取り付けることができる。
また、吸着テーブルが装置本体に取り付けられたときに、吸着テーブルの負圧吸引通路が負圧吸引口に自動的に接続されるようになっていれば、負圧吸引通路の接続作業も省略することができ、交換作業がより簡略化される。これは、爪により装置本体上での取り付け位置が規定される本発明のウェーハ保持装置であるからこそ可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施態様を説明する。
図１は本発明のウェーハ保持装置の要部断面図であり、図２は図１のウェーハ保持装置の矢視図である。また、図３は図１に示されているウェーハ保持装置の吸着テーブルに設けられた爪の第１実施態様を示している斜視図であり、図４は爪の第２実施態様を示している斜視図である。
【００１４】
図１及び図２を参照すると、ウェーハ保持装置１０は、基台１２と、基台１２に支持された装置本体１４と、装置本体１４の上面に取り付けられた吸着テーブル１６とからなる。吸着テーブル１６の上面は、多数のウェーハ支持ピン１８が立設されている保持領域を含み、その領域の周囲にウェーハ支持ピン１８の先端と同じ高さまで上方に延びたリム２０を備えている。これにより、吸着テーブル１６内に設けられた負圧吸引通路２２を介して負圧吸引して保持領域に負圧を作用させることにより、保持領域の上にウェーハ２４を吸着、保持できる。また、吸着テーブル１６の下面には後述するように爪２６が設けられている。なお、図２においては、簡単化のためにウェーハ支持ピン１８は省略されている。
【００１５】
装置本体１４は、基台１２に固定的に支持された支持部１４ａと、ベアリング２８を介して支持部１４ａに対して回転可能な回転部１４ｂとを含んでいる。回転部１４ｂはモータなどの回転駆動装置（不図示）により回転させられる。また、ベアリング２８にはボールベアリングやローラベアリングなど適宜のベアリングが用いられる。
【００１６】
従来のウェーハ保持装置では、吸着テーブルを装置本体に取り付けるためにボルトなどの締結具を使用していた。本発明のウェーハ保持装置１０は、このような締結具に代えて、その回転部１４ｂに締付手段を備えている。
締付手段は、装置本体１４の上方（したがって、回転部１４ｂの上方）に設けられ装置本体１４の回転部１４ｂに対して上下方向に移動可能なクランパ３０と、クランパ３０を回転部１４ｂに対して上下方向に移動させるための作動装置３２とを含んでいる。クランパ３０は、図２に示されているように、概略円形の中央部分３０ａと、その周縁から半径方向外側に延びる突出部分３０ｂとを含んだ形状である。
【００１７】
図１に示されている実施態様では、作動装置３２は、回転部１４ｂの回転軸線３４に沿って上下方向に延び装置本体１４の回転部１４ｂに対して摺動可能になっているロッド３６を備えている。ロッド３６の上端部には半径方向に延びるフランジ部分３６ａが設けられており、このフランジ部分３６ａが球面座金又は球面継手３８を介してクランパ３０に結合されている。また、ロッド３６の中心部にはその軸線方向に沿って負圧供給通路４０が設けられている。
【００１８】
ロッド３６は、負圧供給通路４０の基端（基台１２側に位置する端部）において、管継手４２と回転可能に接続されており、この管継手４２及び管継手４２に接続された配管４４を通して負圧吸引源に連通している。一方、ロッド３６は、負圧供給通路４０の先端（吸着テーブル１６側に位置する端部）において、クランパ３０を越えて上方に突出し負圧吸引口４６を備えた簡易カップリングなどの上方突出先端部４８を備えている。装置本体１４に吸着テーブル１６が装着されると、この上方突出先端部４８の負圧吸引口４６に吸着テーブル１６の負圧吸引通路２２が自動的に接続されるようになっていることが好ましい。
【００１９】
締付手段は、さらに、クランパ３０及びロッド３６を下方に付勢するばね５０と、ばね力に抗してクランパ３０及びロッド３６を上昇させるためのシリンダ装置とを備えている。
図１に示されている実施態様では、装置本体１４の回転部１４ｂ内においてロッド３６の周囲にはばね室が設けられ、ばね室に設置されたばね５０がロッド３６を下方に付勢している。また、図１に示されている実施態様では、シリンダ装置が装置本体１４と一体的に形成されている、すなわち装置本体１４（詳細にはその回転部１４ｂ）にピストン室５２が形成されその中にピストン５４が挿入されている。これにより、シリンダ装置のピストン５４が上昇するとクランパ３０の中央部分３０ａの下面及びロッド３６の周面設けられた肩部に当接して、ロッド３６並びにクランパ３０をばね力（ばね５０の付勢力）に抗して上昇させることができるようになっている。なお、図１の実施態様では、ピストン５４とピストン室５２の壁面との間から空気が漏出しないようにシール５６が施されている。
【００２０】
図１に示されている実施態様では、ロッド３６の下方への移動をばね５０の付勢力を利用して行っているが、ロッド３６の下方への移動にもシリンダ装置を用いることが可能である。さらに、図１に示されている実施態様では、装置本体１４と一体的に形成されたシリンダ装置が使用されているが、装置本体１４と別体のシリンダ装置を利用してもよいことはもちろんである。また、作動装置３２として他の機構を用いることも可能である。
【００２１】
ばね５０を利用することの利点は、ロッド３６を介してクランパ３０に作用するばね力（すなわち締付力）のばらつきが少ないことである。したがって、従来のウェーハ保持装置におけるねじの締結力に相当するクランパ３０による締付力は、交換作業間及び作業者間でのばらつきが少なくなり、吸着テーブル１６のチャック面の水平度が高い精度で保証されるのである。
【００２２】
シリンダ装置のピストン室５２に圧縮空気を供給するために、装置本体１４の不動の支持部１４ａに第１空気供給通路５８を設けると共に、装置本体１４の可動の回転部１４ｂにはピストン室５２に連通する第２空気供給通路６０を設け、支持部１４ａと回転部１４ｂとの間には回転しても常時連通可能とするために環状の連通路６２を設けている。さらに、支持部１４ａと回転部１４ｂとの境界においては、連通路６２からの空気の漏出を防止するためにその両側にシール６４が施されている。
【００２３】
装置本体１４の回転部１４ｂには、装置本体１４の上方に設けられたクランパ３０の先端部すなわち突出部分３０ｂに対向して、爪支承部６６が設けられており、クランパ３０の先端部は爪支承部６６から間隔を隔てて配置されている。この爪支承部６６とクランパ３０の先端部との間に形成された間隙に吸着テーブル１６の爪２６を挿入した後、クランパ３０を下降させてこの間隙を狭めることにより吸着テーブル１６の爪２６を挟持し、それにより吸着テーブル１６を装置本体１４（詳細にはその回転部１４ｂ）に保持する。
【００２４】
図１を参照すると、爪支承部６６は、高さ調整手段６８と、高さ調整手段６８の上に設けられた球面座金７０とを含んでいる。高さ調整手段６８は、例えば、上部に斜面を有した下側部材６８ａと該斜面に対応して底面が斜面になっている上側部材６８ｂと、下側部材６８ａと係合しているねじ６８ｃとからなる。この場合には、ねじを回転させることにより下側部材６８ａが上側部材６８ｂに対して相対移動して、上側部材６８ｂの上面の高さを変化させることができる。他の適宜の高さ調整手段を利用できることはもちろんである。
【００２５】
吸着テーブル１６は、締付手段による締付力がほぼ一定であることから、クランパ３０により吸着テーブル１６の爪２６を爪支承部６６に押し付け当接させることにより、その垂直方向位置及びそのチャック面の水平度が決定される。さらに、吸着テーブル１６を装置本体１４に取り付けたときにチャック面が水平ではなかった場合や、チャック面の垂直方向位置が変化してしまった場合でも、上記高さ調整手段６８により各爪支承部６６の上面の高さを変えることで、チャック面の水平度及び垂直方向位置の調整を容易に行うことができる。また、爪支承部６６に球面座金７０を用いることで、吸着テーブル１６の爪２６の高さの個体差などにより吸着テーブル１６が規定する面が傾いてしまった場合でも吸着テーブル１６やその爪２６に余計な負荷がかかり、変形することはなくなる。締付手段のロッド３６とクランパ３０との結合部に用いられている球面座金又は球面継手３８も同様の効果を奏している。
【００２６】
爪２６及び爪支承部６６により吸着テーブル１６のチャック面が定まるので、爪支承部６６を装置本体１４上に３つ設けると共に、爪２６を吸着テーブル１６の下面に３つ設けることが好ましい。さらに好ましくは、３つの爪２６及び爪支承部６６は回転軸線３４を中心として等間隔で配置される。爪２６は吸着テーブル１６と別個の部材により形成されてもよく、吸着テーブル１６と一体的に成形されてもよい。
【００２７】
図３及び図４を参照すると、吸着テーブル１６の下面に設けられた爪２６の実施態様が示されている。
吸着テーブル１６に設けられた爪２６は、吸着テーブル１６の下面から概略垂直方向に延びる垂直部分２６ａと、吸着テーブル１６の下面と離間した位置で対向して概略水平方向に延びる水平部分２６ｂと、水平部分２６ｂから下方に延び爪支承部６６の球面座金７０と当接する当接部分２６ｃを含んでおり、垂直方向断面が概略Ｌ字形状になっている。
【００２８】
図３に示されているように、爪２６はさらにその側部に垂直方向に延びる止め壁２６ｄを備えることが好ましい。しかしながら、図４に示されているように、止め壁２６ｄを備えていなくてもよい。図１及び図２に示されているウェーハ保持装置１０では、図３に示されているタイプの爪２６が使用されている。
次に、図１及び図２に示されているウェーハ保持装置１０における吸着テーブル１６の脱着手順を説明する。
【００２９】
最初に、ウェーハ保持装置１０の装置本体１４に吸着テーブル１６を装着する手順を説明する。
先ず、作動装置３２のシリンダ装置に圧縮空気源から圧縮空気を供給することにより、ばね力に抗して締付手段のクランパ３０を上昇させ、クランパ３０の先端部すなわち突出部分３０ｂと爪支承部６６の上面との間の間隙を広げる。
【００３０】
次に、吸着テーブル１６の爪２６を備えた面（すなわち、チャック面とは逆の面）を装置本体１４に向け、クランパ３０の隣接する突出部分３０ｂ間の切欠き部分に吸着テーブル１６の爪２６を位置合わせして、吸着テーブル１６を装置本体１４に接近させる。この位置においては、爪２６がクランパ３０と干渉しないので、吸着テーブル１６の爪２６をクランパ３０よりも装置本体１４の回転部１４ｂに接近させることが可能となる。
【００３１】
次に、装置本体１４上に形成された爪支承部６６の上面（すなわち球面座金７０の上面）と爪支承部６６から上方に間隔を隔てたクランパ３０の先端部（突出部分３０ｂ）との間に吸着テーブル１６の爪２６が挿入されるまで、吸着テーブル１６を回転させる。図３に示されている爪２６が使用されているので、爪２６の止め壁２６ｄにクランパ３０の先端部である突出部分３０ｂを当接させることで、装置本体１４に対する吸着テーブル１６の位置決めがなされる。
【００３２】
クランパ３０の先端部と爪支承部６６との間に爪２６が挿入された後、シリンダ装置のピストン室５２から流体（この場合、空気）を排出し、ばね５０の付勢力によりクランパ３０を下降させ、クランパ３０の先端部と爪支承部６６との間に爪２６を挟持する。この結果、吸着テーブル１６が装置本体１４の回転部１４ｂに固定的に取り付けられる。
【００３３】
吸着テーブル１６が装置本体１４の回転部１４ｂに取り付けられたとき、吸着テーブル１６に設けられた負圧吸引通路２２は締付手段に設けられた上方突出先端部４８の負圧吸引口４６に自動的に接続される。したがって、負圧吸引源により負圧吸引することにより、吸着テーブル１６のチャック面上に載置されたウェーハ２４に負圧を作用させ、そこに吸着させることができる。
【００３４】
吸着テーブル１６を装置本体１４に取り付けたときにチャック面が水平ではなかった場合には、爪支承部６６の高さ調整手段６８により爪支承部６６の球面座金７０の高さ（垂直方向位置）を変えることで、チャック面の水平度及び垂直方向位置の調整を容易に行うことができる。また、クランパ３０は締め付け毎にばね５０による均一な締付力で爪２６を締め付けるので、一度高さ調整手段６８により爪支承部６６の上面の高さが調整されれば、吸着テーブル１６のチャック面は爪２６をクランパ３０により爪支承部６６に押し付けることで一意に定まる。したがって、作業者により、チャック面の水平度やその垂直方向位置の差が生じることはなくなる。
【００３５】
さらに、クランパ３０を下降させることで、爪２６全て（この場合には３つ）が同時にしかも等しい締付力で爪支承部６６に押し付けられるので、吸着テーブル１６のチャック面を正確に水平にすることができるようになると共に、吸着テーブル１６の脱着作業も容易に行うことができるようになる。
装置本体１４の回転部１４ｂに保持されている吸着テーブル１６を外す際には、上記手順を逆に行えばよい。
【００３６】
以上、図示されている実施態様を参照して、本発明のウェーハ保持装置１０を説明したが、他の実施態様も本発明の範囲に含まれる。
例えば、クランパの突出部が吸着テーブルの半径方向に移動して、吸着テーブルの爪と係合するようになっていてもよい。また、爪の数は３つより少なくてもよく、３つより多くてもよい。例えば、略半円形状の単一の爪のみで吸着テーブルを装置本体に装着することも可能である。クランパの形状も図示されている形状以外に様々な形状をとることが可能である。
【００３７】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、ウェーハ保持装置においてボルトなどの締結具を使用することなく装置本体に吸着テーブルを装着できるので、吸着テーブルの表面にはボルト穴などのウェーハ支持ピン設置の不可能な領域が存在せず、吸着テーブル上に保持されるウェーハの平坦度を向上させることが可能となる。さらに、クランパの先端部により装置本体の爪支承部に吸着テーブルの爪を押し付けることのみにより装置本体への吸着テーブルの装着を行い、クランパによる締め付けは装置本体が備えた締付手段により行われるので、チャックテーブルの交換脱着作業が容易になる。また、吸着テーブルのチャック面の水平度の調整に関して作業者間の差がほとんどなくなり、水平なチャック面を安定して供給することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のウェーハ保持装置の要部断面図である。
【図２】図１のウェーハ保持装置の矢視図である。
【図３】図１に示されているウェーハ保持装置の吸着テーブルに設けられた爪の第１実施態様を示している斜視図である。
【図４】吸着テーブルに設けられた爪の第２実施態様を示している斜視図である。
【符号の説明】
１０…ウェーハ保持装置
１４…装置本体
１４ａ…支持部
１４ｂ…回転部
１６…吸着テーブル
２２…負圧吸引通路
２４…ウェーハ
２６…爪
２６ａ…垂直部分
２６ｂ…水平部分
２６ｃ…当接部分
２６ｄ…止め壁
３０…クランパ
３０ａ…中央部分
３０ｂ…突出部分
３２…作動装置
３４…回転軸線
３６…ロッド
４６…負圧吸引口
４８…上方突出先端部
５０…ばね
５２…ピストン室
５４…ピストン
６６…爪支承部

Claims

装置本体の上面に取り付けられた吸着テーブル上にウェーハを吸着、保持するウェーハ保持装置であって、
前記吸着テーブルを前記装置本体に着脱自在に取り付けるための締付手段を備え、該締付手段が上下方向に移動可能なクランパを備え、前記吸着テーブルの下面に設けた爪を前記装置本体上に形成された爪支承部と該爪支承部から上方に間隔を隔てたクランパ先端部との間に挿入して前記クランパを下降させることにより前記爪を前記爪支承部上に押し付けるようにしたことを特徴とするウェーハ保持装置。
前記締付手段が前記クランパを下方に付勢するためのばねを備え、前記爪がばね力のみによって前記爪支承部上に押し付けられる、請求項１に記載のウェーハ保持装置。
前記締付手段が前記ばね力に抗して前記クランパを上昇させるためのシリンダ装置をさらに備える、請求項２に記載のウェーハ保持装置。
前記爪が前記吸着テーブルの回転軸線を中心として等間隔で前記吸着テーブルの下面に３つ設けられている、請求項１に記載のウェーハ保持装置。
前記締付手段が負圧吸引口を備えた上方突出先端部を備え、前記吸着テーブルが前記装置本体に取り付けられたときに、前記吸着テーブルの負圧吸引通路が前記負圧吸引口に自動的に接続される、請求項１に記載のウェーハ保持装置。